Machine learning empowered formulation design, optimization and characterization of nanoparticulate drug delivery systems: Current applications, challenges, and future perspectives

药物输送 转化式学习 计算机科学 人工智能 纳米技术 设计质量 机器学习 靶向给药 分析 精密医学 管理科学 风险分析(工程) 数据科学 质量(理念) 药物开发 工程类 药品 关键质量属性 生化工程 表征(材料科学)
作者
Chunyan Shen,Mengyan Zhang,Meiting Lu,Errong Chang,Ziting Gao,Weikang Ban,Qiang Liu,Zhong Zuo,Cuiping Jiang
出处
期刊:Acta Pharmaceutica Sinica B [Elsevier BV]
卷期号:16 (2): 665-685 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.apsb.2025.12.011
摘要

Nanoparticulate drug delivery systems (NDDS) have revolutionized modern medicine by significantly improving drug targeting, bioavailability, and therapeutic efficacy. Despite the clinical success of over 90 approved nanomedicines, the development of NDDS remains challenging due to the complexity of formulation design, optimization, and characterization processes. Artificial intelligence, particularly machine learning (ML), offers powerful data analytics and predictive capabilities that can address these challenges. This review systematically summarizes recent advances in ML applications across various NDDS formulations, including polymeric nanoparticles, lipid nanoparticles, liposomes, solid lipid nanoparticles, nanostructured lipid carriers, nanoemulsions, nanosuspensions, lipid-based hybrid NDDS, self-emulsifying drug delivery systems, niosomes, and nanocrystals. We also summarize how ML algorithms could help predict critical quality attributes of NDDS, such as particle size, shape, surface properties, drug encapsulation efficiency, drug loading efficiency, drug release behavior, and stability. Furthermore, we discuss existing challenges and prospects for the formulation development empowered by ML in NDDS. In conclusion, this review provides a comprehensive overview of the transformative potential of ML in improving the formulation development of nanomedicines, ultimately accelerating their clinical translation.
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